JP2008510101A - Fuel quantity adjustment in pilot ignition engine - Google Patents
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Abstract
エンジン・システム(100)が、エンジンに供給される第1の燃料の量を制御するようになされた第1の燃料調整装置(322)、エンジンに供給されている第1の燃料と同時にエンジンに供給される第2の燃料の量を制御するようになされた第2の燃料調整装置(324)、および少なくとも第2の燃料調整装置に接続された制御装置(104)を備える。制御装置(104)は、定常状態のエンジン動作の際に特定の時間に第1の燃料を点火させる働きをするために、エンジンに供給される第1の燃料の量に対する関係でエンジンに供給される第2の燃料の量を決定するようになされ、過渡的なエンジン動作の際に、定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式でエンジンに供給される第2の燃料の量を決定するようになされる。 The engine system (100) is configured to control a quantity of a first fuel supplied to the engine. A first fuel regulator (322) adapted to control the amount of the first fuel supplied to the engine simultaneously with the first fuel supplied to the engine. A second fuel regulator (324) adapted to control the amount of second fuel supplied, and a controller (104) connected to at least the second fuel regulator. The controller (104) is supplied to the engine in relation to the amount of the first fuel supplied to the engine to serve to ignite the first fuel at a specific time during steady state engine operation. An amount of second fuel to be supplied to the engine in a manner different from that in steady state engine operation during transient engine operation. It is made like.
Description
本出願は、2004年8月16日提出の米国特許出願第10/919419号の優先権を主張する。 This application claims the priority of US patent application Ser. No. 10 / 9,419, filed Aug. 16, 2004.
本開示は、内燃機関に関し、より詳細には内燃機関を動作させることに関する。 The present disclosure relates to internal combustion engines, and more particularly to operating an internal combustion engine.
パイロット点火エンジンは、同時に2つの燃料によって動作し、主燃料が主にトルクを生じる役割を果たし、パイロット燃料が主に主燃料を点火させる役割を果たす。パイロット燃料は、主に主燃料を点火させるために意図されるので、パイロット燃料によって生成されたトルクは、一般に主燃料によって生成されたトルクと比べて非常に小さい。パイロット燃料の燃焼は、燃焼室内の圧力と温度を主燃料の点火閾値(ignition threshold)に上昇させる。点火閾値に達すると、主燃料が燃焼を開始する。パイロット燃料が燃焼室に導入される量とタイミングは、燃焼サイクルに関連して特定の時間に点火閾値に達するように正確に計量される。主燃料のタイミングは、綿密には制御されない。主燃料を計量するために吸気口でガス・ミキサを使用するエンジンでは、ガス・ミキサでの燃料供給の変化と、その燃料供給の変化がエンジン・トルクの変化として実現される間で給送が遅延し、それによって、速度またはエンジン負荷の変化などのエンジン燃料供給の要求に影響を与える変化に対するエンジンの応答が遅くなる。 The pilot ignition engine is operated by two fuels at the same time. The main fuel mainly serves to generate torque, and the pilot fuel mainly serves to ignite the main fuel. Since pilot fuel is primarily intended to ignite the main fuel, the torque generated by the pilot fuel is generally very small compared to the torque generated by the main fuel. Pilot fuel combustion raises the pressure and temperature in the combustion chamber to the ignition threshold of the main fuel. When the ignition threshold is reached, the main fuel begins to burn. The amount and timing at which pilot fuel is introduced into the combustion chamber is accurately metered to reach the ignition threshold at a particular time relative to the combustion cycle. The timing of the main fuel is not closely controlled. In an engine that uses a gas mixer at the inlet to meter the main fuel, the fuel supply changes in the gas mixer and the change in fuel supply is realized as a change in engine torque. Delays thereby slowing the engine's response to changes that affect engine fuel supply requirements, such as changes in speed or engine load.
したがって、パイロット点火エンジンでは、エンジン燃料供給要件に影響を与える変化に対する応答性を改善することが求められる。 Therefore, pilot ignition engines are required to improve responsiveness to changes that affect engine fuel supply requirements.
本開示は、エンジンの燃料供給要件に影響を与える変化に対する応答性を向上させるために、パイロット点火エンジンを制御するシステムおよび方法を対象とする。 The present disclosure is directed to systems and methods for controlling a pilot ignition engine to improve responsiveness to changes that affect engine fueling requirements.
1つの実装形態は、内燃機関、エンジンに供給される第1の燃料の量を制御するようになされた第1の燃料調整装置、および第1の燃料がエンジンに供給されるのと同時に、エンジンに供給される第2の燃料の量を制御するようになされた第2の燃料調整装置を備えるエンジン・システムを包含する。エンジン・システムは、第2の燃料調整装置に連結され、特定の時間に第1の燃料を点火させる際に、動作させるためにエンジンに供給される第1の燃料の量との関係でエンジンに供給される第2の燃料の量を調整するために、定常状態のエンジン動作の間、第2の燃料調整装置に信号を送るようになされた制御装置も備える。制御装置は同時に、定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式で、エンジンに供給される第2の燃料の量を調整するために過渡的なエンジン動作の間に第2の燃料調整装置に信号を送るようになされている。 One implementation includes an internal combustion engine, a first fuel regulator configured to control an amount of a first fuel supplied to the engine, and an engine at the same time that the first fuel is supplied to the engine. An engine system comprising a second fuel regulator adapted to control the amount of second fuel supplied to the engine. The engine system is coupled to the second fuel regulator and is connected to the engine in relation to the amount of the first fuel supplied to the engine for operation when igniting the first fuel at a particular time. A controller is also provided that is adapted to send a signal to the second fuel regulator during steady state engine operation to regulate the amount of second fuel that is delivered. The controller simultaneously causes the second fuel regulator to transition during transient engine operation to regulate the amount of second fuel delivered to the engine in a manner different from that associated with steady state engine operation. A signal is sent.
別の実装形態は、プロセッサを備えるエンジン制御装置を包含する。プロセッサは、エンジンに供給するための第1の燃料の量を決定すること、特定の時間に第1の燃料を点火させるためにエンジンに供給される第1の燃料の量に関連して、定常状態のエンジン動作状態で第1の燃料と同時にエンジンに供給するための第2の燃料の量を決定すること、過渡的なエンジン動作状態で、定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式で第1の燃料と同時にエンジンに供給するための第2の燃料の量を決定することを含む動作を遂行するように構成されている。 Another implementation includes an engine controller that includes a processor. The processor determines the amount of first fuel to supply to the engine, and in relation to the amount of first fuel supplied to the engine to ignite the first fuel at a particular time. Determining the amount of second fuel to be supplied to the engine simultaneously with the first fuel in a state engine operating state, in a transient engine operating state, in a manner different from the relationship in steady state engine operation. An operation is performed that includes determining an amount of a second fuel to be supplied to the engine simultaneously with the first fuel.
別の実装形態は、燃料をエンジンに供給する方法を包含する。方法では、エンジンに供給するための第1の燃料の量が決定される。定常状態のエンジン動作で第1の燃料と同時にエンジンに供給するための第2の燃料の量は、特定のタイミングで第1の燃料を点火させるための第1の燃料に関連して決定される。過渡的なエンジン動作で第1の燃料と同時にエンジンに供給するための第2の燃料の量は、定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式で決定される。 Another implementation includes a method of supplying fuel to an engine. In the method, an amount of a first fuel to supply to the engine is determined. The amount of second fuel to be supplied to the engine simultaneously with the first fuel in steady state engine operation is determined in relation to the first fuel for igniting the first fuel at a particular timing. . The amount of second fuel to supply to the engine simultaneously with the first fuel in transient engine operation is determined in a manner different from that in steady state engine operation.
本発明の1つまたは複数の実施形態の詳細が、添付の図面および以下の説明に明記される。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。 The details of one or more embodiments of the invention are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages of the invention will be apparent from the description and drawings, and from the claims.
様々な図面での同じ参照符号は、同様の要素を示す。 Like reference symbols in the various drawings indicate like elements.
最初に図1を参照すると、本発明に従って構築された例示のエンジン・システム100が概略的に示される。エンジン制御システム100は、1つまたは複数のエンジン・センサ106、および1つまたは複数のアクチュエータ108と連絡するために動作的に連結されたエンジン制御モジュール(ECM)104を備える。エンジン・センサ106は、内燃機関102に連結され、エンジン102および/またはエンジン・システム100の1つまたは複数の動作特性を感知し、動作特性を表す信号を出力することができる。一般的なエンジン動作特性のいくつかの例には、エンジン速度、マニホルド絶対圧力(manifold absolute pressure)(MAP)または吸気マニホルド密度(IMD)(intake manifold density)などのトルク指示特性(torque indicating characteristic)、エンジンの出力、排気ガス酸素含有量(exhaust oxygen content)などのエンジンの空燃比を示す特性、周囲および/またはエンジン温度、周囲圧力、その他が含まれる。アクチュエータ108は、エンジンおよびその他のエンジン・システム構成要素を制御するのに使用される様々なエンジン・システム構成要素(具体的には示されない)を制御するようになされる。一般的なエンジン構成要素のいくつかの例には、スロットル、ターボチャージャ・バイパス(turbocharger bypass)またはウエイスト・ゲート(wastegate)、点火システム、調整可能な燃料混合気などの空気/燃料調整デバイス、燃料圧力調整器、燃料噴射器、その他が含まれる。ECM104は、その他の構成要素110と連絡するように連結されることもできる。その他の構成要素110のいくつかの例には、使用者がECM104を検索し、あるいはデータまたは命令をECM104に入力できるようにするユーザ・インターフェース、エンジンまたはエンジン・システムの動作特性以外の情報を感知する1つまたは複数の外部センサ、ECM104がシステムの特性を連絡することができる監視または診断装置、その他を含めることができる。
Referring initially to FIG. 1, an
図2を参照すると、ECM104は、コンピュータが読取り可能な媒体またはメモリ114に動作的に接続されたプロセッサ112を備える。コンピュータが読取り可能な媒体114は、ECM104から全体的にまたは部分的に取外し可能である。コンピュータが読取り可能な媒体114は、本明細書に述べられた方法のうちの1つまたは複数を遂行するプロセッサ112によって使用される命令を含む。ECM104は、センサ106、アクチュエータ108、およびその他の構成要素110などから1つまたは複数の入力信号(入力1…入力n)を受け取ることができ、センサ106、アクチュエータ108、およびその他の構成要素110などに1つまたは複数の出力信号(出力1…出力n)を出力することができる。
With reference to FIG. 2, ECM 104 includes a
ECM104は、エンジン102(図1)をたとえば特定の速度、トルク出力、またはその他の特定の動作状態などの特定の動作状態に加速(accelerate)または減速(decelerate)させ、エンジンを定常状態の動作に維持するように動作する。この目的のために、ECM104は、エンジン状態パラメータを含むセンサ106から入力を受け取り、エンジン102を動作させるためにアクチュエータ108を制御するようになされた1つまたは複数のアクチュエータ制御信号を決定し、出力する。
The ECM 104 accelerates or decelerates the engine 102 (FIG. 1) to a specific operating state, such as a specific speed, torque output, or other specific operating state, to bring the engine into steady state operation. Operate to maintain. For this purpose, the ECM 104 receives input from a
図3は、エンジンに供給される空気と燃料の混合物を制御するのに使用するための例示のECM104を示す。図3の例示のECM104は、エンジン状態パラメータの入力をセンサ106、この場合には、MAPまたはIMDセンサなどのトルク指示特性センサ316およびエンジン速度センサ318から受け取り、信号をアクチュエータ108に出力する。アクチュエータ108は、少なくとも、エンジンに供給される空気および燃料の比率を制御するように動作可能な主燃料制御調整装置322およびパイロット燃料制御調整装置324を備える。主燃料制御調整装置322は主燃料を制御し、パイロット燃料制御調整装置324はパイロット燃料を制御する。燃料制御調整装置322および324の例には、燃料圧力調整装置または固定された空気/燃料混合器を使用するエンジン・システム内のエア・バイパス、調整可能な空気/燃料混合器、燃焼室内に直接的に噴射し、あるいは燃焼室から離れて噴射する1つまたは複数の燃料噴射器、あるいはその他の空気/燃料調整装置が含まれる。パイロット燃料制御調整装置324などの燃料噴射器を使用すると、主燃料に関連するパイロット燃料の正確なタイミングおよび計量が可能になる。したがって、1つの例示のエンジン・システムでは、燃料制御調整装置322は、調整可能な空気/燃料混合器、または燃料圧力調整装置または固定された空気/燃料混合器によって供給される空気および主燃料の比率を制御するのに使用されるエア・バイパスのいずれかである。パイロット燃料調整装置322は、パイロット燃料を燃焼室内に直接的に噴射するように配置された1つまたは複数の燃料噴射器である。ECM104は、トルク指示特性センサ316およびエンジン速度センサ318から入力を受け取り、下記に論じられているような空気/燃料制御調整装置322および324の動作を制御するために、アクチュエータ制御信号を決定し、出力する。
FIG. 3 shows an exemplary ECM 104 for use in controlling the air and fuel mixture supplied to the engine. The example ECM 104 of FIG. 3 receives input of engine condition parameters from a
ECM104は、ラムダ目標値決定器326を備え、その決定器は、1つまたは複数のエンジン状態パラメータを受け取り、所望のラムダ目標値を維持するように選択された、主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与を決定し、出力する。ラムダ目標値は、エンジン動作を実質的に定常状態に維持するように選択される。下記により詳細に論じられるように、主燃料およびパイロット燃料の寄与は、燃料制御調整装置322および324を制御するように動作可能なアクチュエータ制御信号を決定するのに使用される。主燃料およびパイロット燃料の寄与を決定する際に、例示のECM104は、エンジン速度センサ318からのエンジン速度、トルク指示特性センサ316からのトルクを指示する特性(たとえばMAPまたはIMD)、および任意で、たとえば、周囲および/または吸気温度などのその他のパラメータを使用する。ECM104は、マスエア・センサ(mass‐air sensor)または燃焼混合物の流れ容量センサなどの他のセンサをその代わりに使用し、または上述のものと組み合わせて使用できることも予見される。
The ECM 104 includes a lambda
パイロット燃料供給の構成として、パイロット燃料の燃焼は、燃焼室内の圧力と温度を主燃料の点火閾値に上昇させることによって主燃料を点火させることで作用する。主燃料の点火閾値に達すると、主燃料は(残りのパイロット燃料に加えて)燃焼を開始する。パイロット燃料の寄与の量は、エンジンの燃焼サイクルでの特定の時間に主燃料の点火閾値に達するように(1サイクルは燃焼室の吸気から排気までである)、主燃料の寄与の量に関連してラムダ目標値決定器326によって選択される。特定の時間は、燃焼のエネルギーをエンジンからのトルク出力に効率的に変換するために、燃焼室内で空気、主燃料、およびパイロット燃料の実質的な完全燃焼を達成することと、燃焼からのピーク圧力の発生を燃焼室内でのピストンの位置と同期させることとの間の均衡で選択される。
As a configuration of the pilot fuel supply, the combustion of the pilot fuel works by igniting the main fuel by raising the pressure and temperature in the combustion chamber to the ignition threshold of the main fuel. When the main fuel ignition threshold is reached, the main fuel begins to burn (in addition to the remaining pilot fuel). The amount of pilot fuel contribution is related to the amount of main fuel contribution so that the main fuel ignition threshold is reached at a particular time in the engine combustion cycle (one cycle is from the intake to the exhaust of the combustion chamber). The lambda
ラムダ目標値決定器326は、定常状態のエンジン動作を維持するために決定された主燃料およびパイロット燃料の寄与と相関関係にある、エンジン速度およびトルク指示特性を表す値を少なくとも含む参照表を使用して、主燃料およびパイロット燃料の寄与を決定することができる。その代わりに、または参照表と組み合わせて、ラムダ目標値決定器324は、1つまたは複数のセンサ106からの入力、たとえば、エンジン速度およびトルク指示特性の関数としての公式をなす計算を使用してラムダ目標値を決定することができる。どちらの場合にも、主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与は、定常状態の動作を維持するためにエンジンに特定の燃焼混合気を提供する目的で、それぞれのエンジン速度およびトルク指示特性値に関連して選択される。したがって、異なるラムダ目標値は、異なるエンジン動作状態を達成することができる。さらに、どちらの場合にも、パイロット燃料の寄与は、特定の時間に主燃料の点火閾値を達成するために、主燃料の寄与の関数として選択される。
Lambda
ECM104は、燃料決定器340からのトルク要求からの入力を受け取り、過渡的なエンジン動作状態に応答して主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与を増加または減少させるための量を決定する、ラムダ・オフセット決定器(lambda offset determiner)338を備える。ラムダ・オフセット決定器338の出力は、主燃料アクチュエータ伝達機能336の前の主燃料の寄与を修正する(正または負の値の)主燃料のオフセット、およびパイロット燃料アクチュエータ伝達機能334の前のパイロット燃料の寄与を修正する(正または負の値の)パイロット燃料オフセットである。例示のECM104では、主燃料のオフセットおよびパイロット燃料のオフセットは、それぞれ主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与に加えられるが、主燃料およびパイロット燃料のオフセットが乗数としてまたは公式をなす計算で適用される可能性があり、または(たとえば主燃料オフセットが加数(adder)として適用され、パイロット燃料のオフセットが乗数として適用されるなど)それぞれ異なった形で適用される可能性があることが予見される。
The
過渡的な状態では、エンジンをトルク、速度または両方において加速または減速させた場合、エンジンの空気/燃料要求は、加速(acceleration)の間に増加し、減速(deceleration)の間に減少する傾向にある。アクセレレーションの間に補償するために、希薄または理論混合比付近(たとえば空気/燃料比を濃厚にするなど)で稼動しているとき、ラムダ・オフセット決定器338は、エンジンに供給される燃料の量をエンジンを新しい定常状態の動作状態で動作させることが要求されるところの上に一時的に上昇させる。アクセレレーションの間に供給される燃料の量を増加させることにより、エンジンのトルク出力が増加し、より応答性の良い性能、および増加したトルク負荷のより敏速な許容をもたらす。デセレレーションの間には、ラムダ・オフセット決定器338は、供給される燃料の量をエンジンを新しい定常状態の動作状態で動作させることがエンジンによって要求されるところの下に減少させ(すなわち空気/燃料比を希薄にする)、それによってエンジンが不必要なトルク出力を発散し、過回転を防止するのを助ける。エンジンに供給される燃料の量の増加または減少の量は、エンジンの過渡性の度合いと関連付けることができる。たとえば、エンジンが定常状態の動作から偏るにつれ、定常状態の動作からの偏りが生じる比率は、過渡性の度合いを示す。
In transient conditions, if the engine is accelerated or decelerated in torque, speed, or both, the engine air / fuel demand tends to increase during acceleration and decrease during deceleration. is there. The lambda offset
主燃料のオフセットおよびパイロット燃料のオフセットが主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与と加数として結び付けられる場合の構成では、ラムダ・オフセット決定器338は、正の主燃料およびパイロット燃料のオフセットを出力することによってアクセレレーションの間に供給される燃料の量を増加させ、主燃料およびパイロット燃料の寄与から減算する負のオフセットを出力することによってデセレレーションの間に供給される燃料の量を減少させる。
In configurations where the main fuel offset and the pilot fuel offset are combined as an addend with the main fuel contribution and the pilot fuel contribution, the lambda offset
ラムダ・オフセット決定器338がパイロット燃料の寄与に影響を与える量は、主燃料に対してそれが定常状態の動作の下で決定されるのと同様な関係で決定される必要はない。たとえば、オフセット決定器338は、燃焼サイクルの特定の時間に主燃料を点火させるのに必要なよりも多くのパイロット燃料がエンジンに提供されるように、アクセレレーションの間のパイロット燃料のオフセットを決定することができる。場合によっては、パイロット燃料のオフセットは、主燃料のオフセットよりも大きくなるように、またはエンジンが主燃料よりも多くのパイロット燃料を与えられるように決定できる。パイロット燃料のオフセットを決定する1つの様式は、速度またはトルクのアクセレレーションの少なくとも一部分の間に、主にパイロット燃料によってエンジンが加速されるようにパイロット燃料のオフセットを選択することを含むことができる。言い換えれば、速度またはトルクのアクセレレーションの少なくとも一部分に関しては、エンジンによって生み出されたトルクの大部分は、パイロット燃料を燃焼させることから生み出される。この目的のために、主燃料とパイロット燃料は、それぞれが所与の燃焼サイクルで生み出すトルクの量を示す相対トルク寄与を割り当てられることができる。上記に示したように、定常状態の動作では、パイロット燃料の燃焼に起因するいかなるトルク寄与も二次的であり、主燃料を点火させるのに必要なパイロット燃料の量はほんのわずかなので、パイロット燃料のトルク寄与は小さなものである。しかし、アクセレレーションにおいては、ラムダ・オフセット決定器338によって決定されたパイロット燃料のオフセットは、主燃料のトルク寄与を上回るパイロット燃料からの相対的なトルク寄与を増加させるように選択できる。ほとんどの場合に、これは特定の時間に主燃料を点火させるのに必要なよりも多くのパイロット燃料を提供し、ならびにたいていは主燃料より多くのパイロット燃料を提供する。増加したパイロット・トルク寄与は、過渡的な状態の間に定常状態の状態から偏るエンジンの動作の量の関数として、また場合によってはその量に比例して選択できる。そのような偏りは、下記により詳細に論じられる燃料決定器340からのトルク要求から導き出すことができる。
The amount that the lambda offset
デセレレーションの際には、ラムダ・オフセット決定器338は、定常状態での関係と同様な関係で主燃料オフセットおよびパイロット燃料のオフセットを選択するように構成できる。言い換えれば、パイロット燃料のオフセットは、燃焼サイクルでの特定の時間に主燃料を点火させるように主燃料のオフセットに関連して選択できる。主燃料およびパイロット燃料の増加または減少は、過渡的な状態の間に定常状態の状態から偏るエンジンの動作の量の関数として、また場合によってはその量に比例して選択できる。そのような偏りは、下記により詳細に論じられる燃料決定器340からのトルク要求から導き出すことができる。
During deselection, the lambda offset
ラムダ・オフセット決定器338は、(燃料決定器340からのトルク要求からの)燃料からのトルクと、トルク指示特性センサ316からのMAPまたはIMD、ならびにエンジン速度センサ318およびエンジン速度目標値320からのエンジン速度などの1つまたは複数のエンジン状態パラメータとを、主燃料オフセット値と関連付ける参照表を使用して、パイロット燃料のオフセットを決定できる。あるいは、または参照表と組み合わせて、ラムダ・オフセット決定器338は、パイロット燃料のオフセットを決定するための公式をなす計算を使用することができる。同様にして、主燃料のオフセットは、1つまたは複数のエンジン状態のパラメータを主燃料のオフセット値および/または公式をなす計算と関連付ける参照表を使用して決定できる。主燃料のオフセットに関する参照表または公式をなす計算は、燃料決定器340からのトルク要求による燃料からのトルクを評価することができ、または燃料からのトルクを除外することができる。主燃料のオフセットに関する参照表または公式をなす計算が、燃料決定器340からのトルク要求による燃料からのトルクを評価する場合、ラムダ・オフセット決定器338は、たとえば主燃料のオフセットを決定するのに使用される燃料からのトルクの量を低下させることによって量を調整する(入力328として受け取られる)較正係数を適用することができる。燃料からのトルクの残りの部分は、パイロット燃料オフセットを決定するのに使用される。較正係数は、燃料からのトルクの大部分がアクセレレーションの間にパイロット燃料のオフセットを決定するのに使用されるように選択できる。主燃料のオフセットに関する参照表または公式をなす計算が燃料からのトルクを評価しない場合には、燃料の値からの全体のトルクがパイロット燃料のオフセットを決定するのに使用される。あるいは、または較正係数と組み合わせて、参照表または公式をなす計算は、アクセレレーションの際の燃料の要求からのトルクを適合させる際にパイロット燃料のオフセットからの増加された入力を有するための要求を評価することができる。
The lambda offset
アクセレレーションの間のパイロット燃料の意図的に増加されたトルク寄与を評価しないラムダ・オフセット決定器によるパイロット燃料のオフセットの決定は、それが主燃料のオフセットのみによってパイロット燃料のオフセットを決定する点でラムダ・オフセット決定器338でのパイロット燃料のオフセットの決定とは異なる。言い換えれば、パイロット燃料のオフセットは、主燃料のオフセットによって加えられた追加の主燃料を点火させるのに必要なパイロット燃料の追加の量の関数として決定される。増加されたトルクの寄与をもたらすためにアクセレレーションの間のパイロット燃料のオフセットを選択することにより、より速い過渡的な応答(たとえば、アクセレレーションおよび負荷の受容など)をもたらすことができる。たとえば、気体状の天然ガスを主燃料とし、ディーゼルをパイロット燃料とするエンジンは多くの場合そうであるように、主燃料がエンジンの吸気のガス・ミキサを使用して導入され、パイロット燃料が燃焼室に直接的に噴射できる。ガス・ミキサは実質的に燃焼室から移動しているので、ガス・ミキサでの主燃料の燃料供給の変化を生じさせることと、エンジンのトルク出力の変化として実現されている燃料の変化との間の給送の遅れは、その結果として(すなわち、負荷における変化への遅い応答、または速度における変化を開始させるのが遅いなど)過渡的な応答を遅くさせる。燃料が燃焼室に直接的に噴射されるので、燃焼室内に直接的に噴射されるパイロット燃料の燃料供給の変化を遂行すること、およびそれがエンジンのトルク出力の変化として実現されることがはるかに速い。
The determination of the pilot fuel offset by a lambda offset determiner that does not evaluate the intentionally increased torque contribution of the pilot fuel during acceleration is that it determines the pilot fuel offset only by the main fuel offset. This is different from the pilot fuel offset determination in the lambda offset
ラムダ・オフセット決定器338は、たとえば多気筒機関の異なるシリンダによって生成されたトルクを均衡させるために、シリンダごとのパイロット燃料のオフセットを調整するように機能することもできる。調整は、たとえば、エンジンの周期的な試験によるなどして予め決められ、エンジンの各燃焼サイクルでエンジンに適用される、静的なものであることができる。あるいは、異なるシリンダによって生成されたトルクが変化するので、調整は、エンジンに連結されたトルクセンサなどから連続的に導かれ、異なる調整の量がパイロット燃料のオフセットに加えられて動的に決定することができる。調整は、所与のシリンダのトルク出力から直接的に決定される必要はないが、ピーク・シリンダ圧、図示平均有効圧力、全放熱量、および瞬時クランクシャフト角速度などのトルクに関連付けられたその他のパラメータに基づくことができる。さらに、ラムダ・オフセット決定器338は、過渡的なエンジン動作状態の間のみ、異なるシリンダによって生成されたトルクを均衡させる働きをする必要はなく、定常状態の状態の間にも動作することができる。パイロット燃料のオフセットを使用するシリンダごとに基づいた調整は、ECM104がシリンダ間のばらつきに対して補償できるようにし、主燃料がガス・ミキサによって計量され、パイロット燃料が燃焼室内に直接的に噴射される場合にシリンダごとに補償できるようにする。
Lambda offset
主燃料アクチュエータ転送機能336は、少なくとも主燃料寄与信号(主燃料オフセット信号を組み込む)を受け取り、主燃料調整装置322を動作させるようになされたアクチュエータ制御信号を決定する。パイロット燃料アクチュエータ転送機能334は、少なくともパイロット燃料寄与信号(パイロット燃料オフセット信号を組み込む)を受け取り、パイロット燃料調整装置324を動作させるようになされたアクチュエータ制御信号を決定する。アクチュエータ転送機能336および334は、上述のエンジン状態パラメータ、燃料圧力、周囲圧力、エンジン温度、周囲温度、その他などの、そのそれぞれのアクチュエータ制御信号を決定する際のその他の入力を受け取り、評価することができる。アクチュエータ転送機能334および336は、主/パイロット寄与信号と任意のその他の入力の関数としての計算によって、また参照表および計算の組合せによって、またはその他の方法によって、主/パイロット寄与信号および任意のその他の入力をアクチュエータ制御信号に関連付ける参照表を使用してそのそれぞれのアクチュエータ制御信号を決定する。
The main fuel
図4は、決定器340に適した燃料決定器からの例示のトルク要求の機能的な動作を示す。例示の決定器340は、エンジンのガバナに使用されるPID制御器などのPID制御装置410を備える。PID制御器410は、定常状態のエンジン速度を維持するように構成される場合、使用者が定めたエンジン速度目標値320、およびエンジン速度センサ318から測定されたエンジン速度を受け取る。PID制御器410は、エンジン速度目標値(set−point)320と測定されたエンジン速度(たとえばエラー)の間の差を示す比例ターム(proportional term)、時間によるエラーの積分を示す積分ターム(integral term)、および時間によるエラーの変化の比率を示す微分ターム(differential term)を決定する。個別にまたは共に受け取られる比例タームおよび微分タームは、エンジンの過渡性の度合いを示す。したがって、比例タームは、燃料濃縮オーソリティ因数(fuel enrichment authority factor)342によって因数分解され、燃料からのトルクとして出力される。比例タームの残りの部分、すなわち比例タームとオーソリティ因数342によって因数分解された比例タームの間の差は、積分タームおよび微分タームによって合計され、チャージ制御からのトルクとして出力される。あるいは、決定器340は、燃料からのトルクを決定する際に燃料濃縮オーソリティ因数342によって因数分解された比例タームおよび微分タームを使用し、チャージ制御からのトルクを決定するために、積分タームと共に比例タームおよび微分タームの残りの部分を使用することができる。チャージ制御からのトルクは、エンジンに供給される燃焼混合物(チャージ)の量を制御するためのエンジンの吸気のスロットル・バルブを動作させるのに使用できる。どちらの場合にも、定常状態の動作において比例タームおよび微分タームは0に等しくなる。したがって、燃料からのトルクも0になり、主燃料寄与またはパイロット燃料寄与を修正しない。しかし、アクセレレーションまたはデセレレーション(過渡的な動作状態)の際に、比例タームおよび微分タームの非ゼロ値が燃料からの非ゼロ・トルクを生じる。燃料からの非ゼロ・トルクも主燃料寄与またはパイロット燃料寄与を修正することができる。過渡的な燃料調整は、燃料濃縮オーソリティ因数342を0に設定することによって不能にすることができる。
FIG. 4 illustrates the functional operation of an exemplary torque request from a fuel determiner suitable for the
ラムダ目標値決定器326は任意選択で、負荷の到来信号を導くためにエンジンに加えられる負荷(特別に示されない)または負荷のための制御器と連絡することによってフィード・フォワード補償を含むことができる。この場合には、ラムダ目標値決定器324が負荷の変化を示す負荷の到来信号を受け取り、任意選択で負荷の到来の大きさを任意入力314として受け取る。負荷の到来信号を使用して、ラムダ目標値決定器326は、負荷の到来信号によって連絡された負荷の到来する変化に基づいたエンジン出力要件を予期し、負荷の到来する変化を見越して、決定された主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与を調整することができる。エンジン・システム100で使用できるフィード・フォワード補償の例がFeedforward Engine Control Governing Systemという名称の米国特許第6,564,477号に開示され、その開示は本明細書にその全体が組み込まれる。
Lambda
図5を参照すると、ECMの動作が概略的に示されている。ブロック510で、ECMは1つまたは複数のエンジン状態パラメータを示す信号を受け取る。上述のように、エンジン状態パラメータは、1つの場合に、エンジン速度、MAPもしくは吸気マニホルド密度IMDなどのエンジン・トルク指示パラメータ、エンジンの出力、排気ガス酸素含有量などのエンジンの空燃比を示す特性、周囲および/またはエンジン温度、周囲圧力、その他を含むことができる。
Referring to FIG. 5, the operation of ECM is schematically shown. At
ブロック520で、ECMは、受け取ったエンジン状態パラメータから、定常状態でのエンジンの動作に関する主燃料およびパイロット燃料の寄与を決定する。定常状態の動作において、パイロット燃料の寄与は、少なくとも部分的には燃焼サイクルの所定の時間に主燃料の寄与を点火させる働きをする主燃料の寄与に関連して決定される。 At block 520, the ECM determines main fuel and pilot fuel contributions from steady state engine operation from the received engine condition parameters. In steady state operation, the pilot fuel contribution is determined at least in part in relation to the main fuel contribution that serves to ignite the main fuel contribution at a predetermined time of the combustion cycle.
ブロック530で、ECMは、受け取ったエンジン状態パラメータから、過渡的な状態でのエンジンの動作に関して主燃料およびパイロット燃料の寄与に適用するための主燃料およびパイロット燃料のオフセットを決定する。オフセットは、過渡的な状態が速度またはトルクにおいてアクセレレーションまたはデセレレーションであるかにどうか応じてエンジンに供給される主燃料およびパイロット燃料の量を増加または減少させることができる。定常状態の動作では、オフセットはエンジンに供給される主燃料およびパイロット燃料の量に影響を与えない。ブロック530で、ECMは、第1の燃料との関係とは異なる様式でパイロット燃料のオフセットを決定し、それによってパイロット燃料の寄与がブロック5220で決定される。たとえば、定常状態の動作では、パイロット燃料の寄与に従ってエンジンに供給されるパイロット燃料の量は、エンジンに供給される主燃料よりもはるかに少ない。上記に論じたように、アクセレレーションの際には、パイロット燃料の量が燃焼サイクルの所定の時間に主燃料を点火させるのに必要なよりも多いように、場合によっては、エンジンに供給されるパイロット燃料の量がエンジンに供給される主燃料の量よりも多いようにエンジンに加えられるパイロット燃料の量に影響を与えるようにパイロット燃料のオフセットが決定できる。パイロット燃料のオフセットは、アクセレレーションの際にパイロット燃料によってエンジンの燃焼サイクルに寄与するトルクが、主燃料によって燃焼サイクルに寄与するトルクよりも大きいように決定できる。デセレレーションの際には、パイロット燃料のオフセットは、定常状態の際と同様にパイロット燃料の主燃料に対しての同じ関係を維持するように決定でき、またはその他の様式で決定できる。 At block 530, the ECM determines main fuel and pilot fuel offsets to apply to the main fuel and pilot fuel contribution with respect to engine operation under transient conditions from the received engine state parameters. The offset can increase or decrease the amount of main and pilot fuel delivered to the engine depending on whether the transient condition is acceleration or deceleration in speed or torque. In steady state operation, the offset does not affect the amount of main fuel and pilot fuel supplied to the engine. At block 530, the ECM determines a pilot fuel offset in a manner different from the relationship with the first fuel, whereby the pilot fuel contribution is determined at block 5220. For example, in steady state operation, the amount of pilot fuel supplied to the engine according to the pilot fuel contribution is much less than the main fuel supplied to the engine. As discussed above, during acceleration, in some cases, the amount of pilot fuel is supplied to the engine so that it is greater than necessary to ignite the main fuel at a given time in the combustion cycle. The pilot fuel offset can be determined to affect the amount of pilot fuel added to the engine such that the amount of pilot fuel to be added is greater than the amount of main fuel supplied to the engine. The pilot fuel offset can be determined such that the torque contributed to the combustion cycle of the engine by the pilot fuel during acceleration is greater than the torque contributed to the combustion cycle by the main fuel. During deselection, the pilot fuel offset can be determined to maintain the same relationship of the pilot fuel to the main fuel as in steady state, or can be determined in other ways.
ブロック540で、主燃料およびパイロット燃料のオフセットが主燃料の寄与と結び付けられる。ブロック550で、エンジンに供給される主燃料とパイロット燃料の量がブロック540の出力によって調整される。次いで、一連のブロック510〜550は、エンジンを動作させるのに必要なように連続的に繰り返されることが可能である。
At block 540, main fuel and pilot fuel offsets are combined with main fuel contributions. At
本発明のいくつかの実施形態を説明してきた。それにもかかわらず、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに様々な修正を行なうことができることが理解されるであろう。したがって、その他の実施形態が添付の特許請求の範囲の範囲内にある。 A number of embodiments of the invention have been described. Nevertheless, it will be understood that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, other embodiments are within the scope of the appended claims.
Claims (44)
内燃機関と、
前記エンジンに供給される第1の燃料の量を制御するようになされた第1の燃料調整装置と、
前記第1の燃料が前記エンジンに供給されるのと同時に前記エンジンに供給される第2の燃料の量を制御するようになされた第2の燃料調整装置と、
前記第2の燃料調整装置に連結された制御装置であって、特定の時間に前記第1の燃料を点火させる働きをするために、前記エンジンに供給される前記第1の燃料の量との関係で前記エンジンに供給される前記第2の燃料の量を調整するために、定常状態のエンジン動作の間、前記第2の燃料調整装置に信号を送るようになされ、定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式で前記エンジンに供給される前記第2の燃料の量を調整するための過渡的なエンジン動作の間、前記第2の燃料調整装置に信号を送るようになされた制御装置とを備えるエンジン・システム。 An engine system,
An internal combustion engine;
A first fuel regulator adapted to control the amount of first fuel supplied to the engine;
A second fuel regulator adapted to control the amount of second fuel supplied to the engine at the same time as the first fuel is supplied to the engine;
A control device coupled to the second fuel regulator, the amount of the first fuel supplied to the engine for igniting the first fuel at a specific time; In order to regulate the amount of the second fuel supplied to the engine in relation, a signal is sent to the second fuel regulator during steady state engine operation, and in steady state engine operation. A controller adapted to signal the second fuel regulator during transient engine operation to regulate the amount of the second fuel supplied to the engine in a manner different from And engine system.
前記第2の燃料調整装置が、前記燃焼室に供給されている前記第1の燃料と同時に前記複数の燃焼室に供給される前記第2の燃料の量を個別に制御するようになされた複数の第2の燃料調整装置を備え、
前記制御装置が、異なる燃焼室に対して異なる量で供給される前記第2の燃料の量を個別に調整するために、前記複数の第2の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項1に記載のエンジン・システム。 The internal combustion engine comprises a plurality of combustion chambers;
A plurality of the second fuel adjusting devices individually controlling the amount of the second fuel supplied to the plurality of combustion chambers simultaneously with the first fuel supplied to the combustion chambers A second fuel adjusting device,
The controller is configured to signal the plurality of second fuel regulators to individually regulate the amount of the second fuel supplied in different quantities for different combustion chambers; The engine system according to claim 1.
定常状態のエンジン動作状態で、前記エンジンに供給されている第1の燃料と同時に前記エンジンに供給するための第2の燃料の量を特定の時間に前記第1の燃料を点火させるために前記エンジンに供給される前記第1の燃料の量に関連して決定することと、
過渡的なエンジン動作状態で前記第1の燃料と同時に前記エンジンに供給するための前記第2の燃料の量を定常状態のエンジン動作での前記関係とは異なる様式で決定することとを含む動作を遂行するように構成された、プロセッサを備えるエンジン制御装置。 An engine control device comprising a processor,
In a steady state engine operating condition, the amount of second fuel to be supplied to the engine at the same time as the first fuel being supplied to the engine is set to ignite the first fuel at a specific time. Determining in relation to the amount of the first fuel supplied to the engine;
Determining the amount of the second fuel to be supplied to the engine simultaneously with the first fuel in a transient engine operating condition, in a manner different from the relationship in steady state engine operation. An engine control device comprising a processor configured to perform
前記過渡的なエンジン動作状態で前記第2の燃料の量を定常状態のエンジン動作での前記関係に従って決定された量よりも多くなるように決定することを含む動作を遂行するように構成された、請求項19に記載のエンジン制御装置。 The transient engine operation is acceleration, and the processor
Configured to perform an operation including determining the amount of the second fuel in the transient engine operating state to be greater than the amount determined in accordance with the relationship in a steady state engine operation. The engine control device according to claim 19.
特定のタイミングで前記第1の燃料を点火させるために、定常状態のエンジン動作で前記第1の燃料に関連して、前記エンジンに供給されている第1の燃料と同時に前記エンジンに供給するための第2の燃料の量を決定するステップと、
過渡的なエンジン動作で前記第1の燃料と同時に前記エンジンに供給するための前記第2の燃料の量を前記定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式で決定するステップとを含む方法。 A method of supplying fuel to an engine,
In order to ignite the first fuel at a specific timing, in relation to the first fuel in steady state engine operation, to supply the engine simultaneously with the first fuel being supplied to the engine. Determining the amount of the second fuel of
Determining the amount of the second fuel to be supplied to the engine simultaneously with the first fuel in transient engine operation, in a manner different from the relationship in the steady state engine operation.
トルクの差に対して補償するための前記第2の燃料の量を決定するステップが、前記信号に関連して前記第2の燃料の量を決定するステップを含む、請求項42に記載の方法。 Receiving a signal indicative of the torque generated in each of the plurality of combustion chambers;
43. The method of claim 42, wherein determining the amount of the second fuel to compensate for a torque difference includes determining the amount of the second fuel in relation to the signal. .
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